Nanotechnologia

Origami DNA
Prosta synteza może zapewnić masom projektowanie w nanoskali.

Źródło: Składanie DNA w celu tworzenia kształtów i wzorów w nanoskali
P.W.K. Rothemund
Natura 440 (7082): 297-302

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2006 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Wyniki: Paul Rothemund, informatyk z Caltech, opracował prostą technikę budowania nanometrowych, dwuwymiarowych struktur o dowolnym kształcie lub wzorze z DNA. Do tej pory wykonał między innymi uśmiechnięte buźki, litery DNA i mapę półkuli zachodniej. Struktury te można również łączyć w większe kształty. Ponieważ kształty układają się samoczynnie w roztworze, można wykonać ich miliardy naraz.

Dlaczego jest to ważne: DNA to wszechstronny surowiec dla struktur w nanoskali. Jednak wcześniejsze metody używania DNA jako nanoelementu były powolne, pracochłonne i drogie, co ograniczało ich użycie do kilku laboratoriów. Nowa technika jest na tyle prosta i niedroga, aby można ją było szeroko stosować, mówi Rothemund. Ponieważ z DNA można łączyć różne cząsteczki i nanocząsteczki, technika ta może być sposobem szybkiego modelowania cząsteczek tak różnorodnych, jak białka i nanorurki węglowe, co może prowadzić do powstania drobnych urządzeń elektronicznych lub nanomacierzy do badania komórek na niespotykanym dotąd poziomie szczegółowości.

Metody: Rothemund zaczyna od roztworu zawierającego długie nici DNA o znanej sekwencji. Następnie dodaje setki różnych krótkich pasm staplowych, każda z sekwencją zaprojektowaną tak, aby zaczepiała się na dwóch lub trzech określonych odcinkach długiej nici. Gdy zszywki łączą się, ciągną te sekcje razem, powodując, że długie pasmo składa się w pożądany kształt.

Następny krok: Wykorzystanie tej techniki do wytwarzania elektroniki będzie wymagało wynalezienia odpowiednika tranzystora w nanoskali. Ponadto, ponieważ każdy proces samodzielnego montażu jest podatny na błędy, inżynierowie będą musieli opracować architektury komputerowe odporne na błędy. W przypadku zastosowań biologicznych, takich jak czujniki określające rodzaje białek w konkretnej komórce, naukowcy będą musieli znaleźć niezawodny sposób odczytywania sygnałów przesyłanych przez maleńkie urządzenia. Rothemund spodziewa się, że najlepsze zastosowania nowej techniki nie zostały jeszcze wymyślone.

Znowu nerwy na drutach
Nanowłókna umożliwiają naprawę uszkodzonej tkanki mózgowej i rdzeniowej.

Źródło: Nano Neuro Knitting: rusztowanie z nanowłókien peptydowych do naprawy mózgu i regeneracji aksonów z funkcjonalnym powrotem widzenia
Rutledge Ellis-Behnke i in.
Materiały Narodowej Akademii Nauk 103 (13): 5054-5059

Wyniki: Wykorzystując samoorganizujące się nanomateriały, naukowcy z MIT przywrócili wzrok gryzoniom z uszkodzonym mózgiem. Po przecięciu struktury w mózgach chomików niezbędnej do widzenia, neurobiolog Rutledge Ellis-Behnke i współpracownicy wstrzyknęli zwierzętom roztwór zawierający krótkie łańcuchy aminokwasów, zwane peptydami, które w kontakcie z płynami mózgowymi łączą się we włókna w nanoskali. Powstała siatka włókien wypełnia lukę pozostawioną przez nacięcie i zapobiega tworzeniu się tkanki bliznowatej, umożliwiając w ten sposób odrost neuronów i ponowne ustanowienie ścieżek sygnałowych przed urazem. Siedemdziesiąt pięć procent dorosłych chomików leczonych tą techniką odzyskało wystarczająco dużo wzroku, aby wykryć i zwrócić się w stronę jedzenia.

Dlaczego jest to ważne: Uszkodzenia rdzenia kręgowego i mózgu w wyniku wypadków, udarów i chorób dotykają miliony Amerykanów; wiele z tych osób nigdy nie odzyskuje utraconych zdolności i funkcji, głównie dlatego, że blizna i chemikalia hamujące zapobiegają gojeniu uszkodzonej tkanki. Przynajmniej na krótkich dystansach eksperymentalny nanomateriał wydaje się przezwyciężać te problemy w tkance nerwowej. Nanomateriał pozwala komórkom nerwowym rosnąć i ponownie ustanawiać połączenia, co może przywrócić utracone zdolności ludzkich pacjentów do chodzenia i mówienia, nawet po przywróceniu wzroku w tych eksperymentach.

Metody: W oddzielnych eksperymentach na młodych i dorosłych chomikach naukowcy przecinają strukturę mózgu zwaną ścieżką wzrokową, która przekazuje sygnały wzrokowe, oślepiając w ten sposób chomiki na jedno oko. Wkrótce po wykonaniu nacięcia zwierzęta kontrolne otrzymały zastrzyk soli fizjologicznej w miejscu urazu, a zwierzęta testowe otrzymały zastrzyk peptydów. Następnie naukowcy przetestowali zwierzęta pod kątem zdolności widzenia nasion słonecznika i zwracania się w ich stronę, a po ich eutanazji zbadali ich tkankę mózgową, aby zmierzyć odrost neuronów.

Następny krok: Jeśli badania na dużych zwierzętach przebiegną pomyślnie, leczenie będzie można przetestować na ludziach w ciągu trzech lat. Tymczasem naukowcy opracowują sposoby na przyspieszenie odrastania nerwów w celu ponownego połączenia odległych obszarów mózgu i rdzenia kręgowego oddzielonych większymi urazami.

ukryć